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石墨烯做成智慧涂料,一眼看出地震房屋裂损程度


2020-07-27


石墨烯做成智慧涂料,一眼看出地震房屋裂损程度

早在 2012 年,华为董事长任正非在接受媒体採访时声称:「这个时代最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代」。

石墨烯做成智慧涂料,一眼看出地震房屋裂损程度

这句话说得一点都没错。近些年来科学家正在加速挖掘石墨烯材料的用途,从太阳能电池到感光元件,从超级电容器到抗癌药物……你都可以看到石墨烯的身影。

现在,科学家又为这个神奇的材料挖掘了新用途:

他们开发了一种智慧石墨烯涂层,它可以透过色彩变化来显示房屋架构断裂的地方。

石墨烯是什幺?

在介绍这项技术前,你可能想问,石墨烯到底是何方神圣?

曼彻斯特大学教授 Geim 和 Novoselov 在《Natural Material》发表的论文,将石墨烯定义为「一种平面单层紧密打包成一个二维(2D)蜂窝晶格的碳原子。

它是元素碳的同素异形体,虽然和碳具有相同的原子数,但是由于以不同的方式排列,因此具有与之不同的性质。

这幺说你可能没什幺感受不到石墨烯的神奇,让我们类比一下吧:

它的拉伸强度为 130GPa(Gigabit 帕),比钢强 100 倍以上;

它的柔性强、透通而且导电性高,并且对大多数气体和液体不渗透。

总之,几乎没有什幺是石墨烯做不到的。

基于石墨烯各种各样「逆天」的特质,德国莱布尼兹聚合物研究所的研究人员开发了一种智慧石墨烯涂层,在房屋架构发生断裂的地方,石墨烯涂层会透过自身色彩的变化来提醒我们。

莱布尼兹研究所複合材料系的科学家 Shang-Lin Gao 表示:

这种色彩的变化可以精确到奈米级别的机械变形。

受到鱼鳞反射光的启发,参与该专案的科学家设计出一种石墨烯涂层,可放大特定波长的光,同时也会削弱一些其他光波。

石墨烯薄片放置在某些特定角度上,你会发现,损坏的区域会反射红光、黄光和绿光,完好的区域则不会反射光束。

简单来说,光的色彩可以根据一个区域所受压力的严重程度而改变。因此,你可以想像利用石墨烯涂层的反射作用,透过不同的色彩程式码来显示特定区域损伤的严重程度。

这项技术的应用前景

技术相较而言是抽象的,说了这幺多,你可能最关心的是石墨烯涂层技术到底如何让生活变得更好。

它最大的应用就是提供人眼难以观测的微裂纹,以更保障人们的安全。

石墨烯做成智慧涂料,一眼看出地震房屋裂损程度

涉及运输的大部分技术都包含複杂的人造结构。

通常情况下,我们很难确定桥梁和飞机结构是否完好,毕竟微小的缺陷就可能导致巨大的事故,后果不堪设想。

而这种新的石墨烯涂层则可使检查人员轻鬆透过色彩变化,肉眼观察到桥梁和飞机结构出现的问题,防範于未然。

石墨烯做成智慧涂料,一眼看出地震房屋裂损程度

这种材料对新太空站的建立可能更重要。将侦测装置传送到太空非常昂贵,但是藉助石墨烯材料,太空人目视就能检查出装置有裂缝的位置,极有助于航太部门节约资源。

一个和更多人生活息息相关的应用是在我们日常居住的房屋。

很多房子一住就是好几十年,虽然看上去饱经风霜、坑坑洼洼,但真要说出哪里有问题要修理,倒还真被问住了。

石墨烯做成智慧涂料,一眼看出地震房屋裂损程度

而且,这种涂料或许会对地震多发区域的房屋建设与防护有重要作用。

有了新的这种石墨烯材料,你就可以轻鬆地看到房屋哪里出现问题,能够更针对特定处修整,既能够保证安全性,又省下了全面检查的钱。

不过,在我们真正使用石墨烯涂层技术之前,科学家说还需要进行更多测试,来确定涂层材料是否真能完美地完成自身的工作。

目前,石墨烯涂层的研製工作还处于早期阶段。Shang-Lin Gao 教授指出,为了应对石墨烯涂层的生产量扩张、参数调控等相关的挑战,研究和投资方面还有很多工作要做。

如果这些技术得到有效的解决,变色石墨烯涂料可能会成为设计师、结构工程师眼中的无价之宝。



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